CN107799674A - 一种锂离子电池铝塑包装膜的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池铝塑包装膜的制造方法，所述铝塑包装膜包括外侧的阻隔层如尼龙、中间的铝箔层以及内侧的热封层如CPP。本发明中的铝箔是采用真空蒸镀的工艺方法制作而成，并且是直接紧贴复合在外侧的阻隔层或内侧的热封层上的，其制造方法为：首先将阻隔层膜或热封层膜经过清洗，然后采用真空蒸镀的工艺方法在其表面蒸镀一层铝箔，最后将热封层膜或阻隔层膜采用干式复合或热式复合的方法，复合在已蒸镀完成的复合膜的铝箔一侧，即可制备得铝塑包装膜。本发明提供了一种简易的制备铝塑膜的工艺方法，可制备更薄密封性更好的铝塑膜；提供了一种无树脂粘接的铝塑膜的制作方案，可制备的密封性和耐腐蚀性更好的铝塑膜。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及到一种锂离子电池铝塑包装膜的制造方法。
背景技术
近年来，智能手机、平板等消费电子类产品更新换代的周期越来越短、体积越来越轻薄化。随着全球对环境保护的关注度日益增加，动力汽车进入快速增长期，动力电池的安全问题尤为突出。这就对锂离子电池的生产工艺、制造成本提出了新的要求和挑战。目前对锂离子电池的要求主要体现在更大容量和更高能量密度上面，同时轻型化、小型化、具有特定形状以及高安全性要求的电池也被加入到了锂离子电池制造的要求当中。
为了满足消费电子和动力电池日益发展的要求，必须开发或者优化锂电池中应用材料，这些材料主要包括活性材料、电解液、隔膜材料、粘结剂、导电剂、铝塑膜、终止胶带、极耳、集流体箔材等组成材料。对锂离子电池的能量密度和安全性能的提升必须要依赖材料的开发和优化，新材料的开发对锂离子电池的设计及制程工艺提出了全新的要求和挑战。
目前，对于高能量密度设计的锂离子电池来说，聚合物电池厂商普遍采用铝塑包装膜作为锂离子电池的外包装材料，主要起到包装和密封的作用，因此要求铝塑膜具有良好的密封性能、一定的机械性能并且具有尽量薄的厚度。目前市场上主流铝塑包装膜的厚度为152μm，113μm、88μm及76μm，由于受制造工艺和原材料的双重限制，铝塑膜很难做的更薄而不损失密封性或机械性能。另外铝塑包装材料不属于锂离子电池中的活性物质，其对锂离子电池的能量发挥不会直接起作用，但是薄的包装膜可以为锂离子电池提供额外的空间，同样的体积的情况下，更大的内部空间意味着可以容纳更多的活性材料，也就意味着更高的能量密度、更大的电池容量。
对于锂离子电池来说，铝塑膜主要提供包装和密封两种作用，同时还有具有一定的机械作用。对于铝塑膜的密封性来说，一方面要是隔绝空气中的氧气进入电池内部，另一方面是隔绝电解液透过聚丙烯薄膜层腐蚀铝箔。锂离子电池使用的铝塑包装膜主要由外侧的尼龙层、中间的铝箔层、内侧的PP层以及各层之间的高分子树脂粘结剂组成，其中各层均由单独的工厂分别生产，最后由铝塑膜制造厂家把这几种材料复合在一起，制作成锂离子电池用的铝塑包装膜。
对于铝塑膜制造厂家来说，铝塑膜制造的核心技术和难点几种在以下两点：第一是各膜层之间高分子树脂粘结剂的选择和应用；另一方面是铝箔的选型及应用。目前这两种关键材料的关键技术都在日本厂家手中，国产铝塑膜制造厂家需要高额购买，并且还不能得到全部的材料技术信息。除此之外，目前的铝箔都是采用多步热冷轧工艺轧制生产而成，在轧制过程中必然会产生大量的晶格裂纹、结构折叠及位错等严重缺陷，这种缺陷直接造成了铝箔机械强度的降低及针孔的产生；另外由于加工工艺的限制，铝箔的厚度很难做到10μm以下而不出现问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足之处而提供一种锂离子电池铝塑包装膜的制造方法。
本发明是通过如下方式实现的：
一种锂离子电池铝塑包装膜的制造方法，所述铝塑包装膜包括从下到上依次排列的CPP层、铝箔层、粘结剂层和尼龙层，其特征在于：该铝塑包装膜的制作方法如下：
1)选取CPP膜卷材，膜厚20～80μm，将CPP薄膜经过等离子清洗，清洗室真空度≤100Pa，清洗时间0.1s～5s；
2)在清洗过的CPP薄膜表面真空蒸镀一层铝箔，得到铝箔与CPP薄膜的复合膜；具体工艺为：选择CPP薄膜卷材，穿过若干导辊，连接在收料卷轴上，放入密封的真空仓中，选用三级以上的真空泵抽真空，当真空度≤100Pa时开始对蒸镀铝室内铝锭进行加热，选用纯度99.99％以上的高纯铝锭，使用电流高频加热的方法将蒸镀铝室温度加热至1400～1800℃，使蒸镀铝室充满铝蒸气；其中承镀层的CPP膜紧贴在蒸镀铝室上方的冷却辊上，冷却辊的温度为-80℃～-5℃，CPP膜的走带速度为1m/min～150m/min，镀铝箔厚度为0.01μm～30μm；
3)将步骤2)制备得到的铝箔与CPP的复合膜的铝箔表面涂敷一层耐电解液性能的胶水，采用干式复合工艺将尼龙薄膜复合在上述铝箔表面，其中尼龙薄膜厚度10μm～35μm，然后将以上复合后的产品进行老化处理，即可得到厚度为35μm～160μm的铝塑包装膜，其中，老化处理条件为45℃～80℃，储存24h～168h。
一种锂离子电池铝塑包装膜的制造方法，所述铝塑包装膜包括从下到上依次排列的CPP层、粘结层、铝箔层和尼龙层，其特征在于：该铝塑包装膜的制作方法如下：
1)选取尼龙膜卷材，膜厚10μm～35μm，将尼龙薄膜经过等离子清洗，清洗室真空度≤100Pa，清洗时间0.1s～5s；
2)在清洗过的尼龙薄膜表面真空蒸镀一层铝箔，得到铝箔与尼龙薄膜的复合膜，具体工艺为：选择尼龙薄膜卷材，穿过若干导辊，连接在收料卷轴上，放入密封的真空仓中，选用三级以上的真空泵抽真空，当真空度≤100Pa时开始对蒸镀铝室内铝锭进行加热，选用纯度99.99％以上的高纯铝锭，使用电流高频加热的方法将蒸镀铝室温度加热至1400～1800℃，使蒸镀铝室充满铝蒸气；其中承镀层的尼龙膜紧贴在蒸镀铝室上方的冷却辊上，冷却辊的温度为-80℃～-5℃，尼龙薄膜的走带速度为1m/min～150m/min，镀铝箔厚度为0.01μm～30μm；
3)将步骤2)制备得到的铝箔与尼龙层的复合膜的铝箔表面涂敷一层耐电解液性能的胶水，采用干式复合工艺将CPP薄膜复合在上述铝箔表面，其中CPP膜厚度为20μm～80μm，然后将以上复合后的产品进行老化处理，即可得到厚度为30μm～160μm的铝塑包装膜，其中，老化处理条件为45℃～180℃，储存时间为24h～168h。
一种锂离子电池铝塑包装膜的制造方法，所述铝塑包装膜包括从下到上依次排列的CPP层、PPa层、铝箔层和尼龙层，其特征在于：该铝塑包装膜的制作方法如下：
1)选取尼龙膜卷材，膜厚10μm～35μm，将尼龙薄膜经过等离子清洗，清洗室真空度≤100Pa，清洗时间0.1s～5s；
2)在清洗过的尼龙薄膜表面真空蒸镀一层铝箔，得到铝箔与尼龙薄膜的复合膜，具体工艺为：选择尼龙薄膜卷材，穿过若干的导辊，连接在收料卷轴上，放入密封的真空仓中，选用三级以上的真空泵抽真空，当真空度≤100Pa时开始对蒸镀铝室内铝锭进行加热，选用纯度99.99％以上的高纯铝锭，使用电流高频加热的方法将蒸镀铝室温度加热至1400～1800℃，使蒸镀铝室充满铝蒸气；其中承镀层的尼龙膜紧贴在蒸镀铝室上方的冷却辊上，冷却辊的温度为-80℃～-5℃，尼龙薄膜的走带速度为1m/min～150m/min，镀铝箔厚度为0.01μm～30μm；
3)采用热法复合工艺，将CPP膜及PPa层与步骤2)制备得到的铝箔与尼龙复合膜再次复合在一起，制备出铝塑包装膜。
进一步地，所述干式复合工艺的具体操作为：在铝箔层和尼龙层两层膜之间加入热熔高分子粘着剂，加入的量为1～5克/平方米；然后使用对辊将复合后的铝箔和尼龙综合层进行辊压，压力为0.1MPa～3.0MPa。
进一步地，所述干式复合工艺的具体操作为：在铝箔层和CPP层两层膜之间加入热熔高分子粘着剂，加入的量为1～5克/平方米；然后使用对辊将复合后的铝箔和CPP综合层进行辊压，压力为0.1MPa～3.0MPa。
进一步地，所述热法复合的具体操作为：在铝箔层和CPP层两层膜之间加入熔融状态的PPa热合层，PPa热合层厚度为5～20μm；然后使用对辊将复合后的铝箔和CPP及PPa综合层进行辊压，压力为0.1MPa～3.0MPa；然后对辊压后的膜进行吹风冷却，冷却气体为空气，空气温度为20～30℃。
本发明优点在于：1、采用物理气相沉积的方法制备铝塑包装膜中的铝箔构成层，该方法可以直接将铝箔沉积并牢固贴合在PP热封层或者阻隔层膜上面；该技术具有以下优越性，首先，该方法可以制备更薄的铝箔，最小铝箔厚度达0.3nm，为保证铝塑膜产品质量，本发明中将铝箔厚度范围控制为0.001μm～30μm；其次，该方法制备的铝塑膜具有更加牢固的膜间贴合力；再次，该方法制备的铝塑膜中的铝箔采用原子堆叠的加工工艺制备而得，具有优异的抗疲劳性能，故铝塑膜具有极好的抗弯折性；
2、本发明中提供的方案可将铝材一次加工成铝箔及与该铝箔组成的复合膜，成本低廉，其制造成本不足现有技术的30％；
3、本发明制作的铝塑膜具有厚度薄、重量轻、耐腐蚀性及阻隔性能好、弯折性好的特点，并且加工方便，成本低廉。
具体实施方式
以下通过具体的实施例阐述本发明的实施方法，本领域技术人员可通过阅读本说明书轻易的了解本发明阐述内容的优点与功效。
实施例1：
一种锂离子电池铝塑包装膜的制造方法，所述铝塑包装膜包括从下到上依次排列的CPP层、铝箔层、粘结剂层和尼龙层，其特征在于：该铝塑包装膜的制作方法如下：
1)选取CPP膜卷材，膜厚20～80μm，将CPP薄膜经过等离子清洗，清洗室真空度≤100Pa，清洗时间0.1s～5s；
2)在清洗过的CPP薄膜表面真空蒸镀一层铝箔，得到铝箔与CPP薄膜的复合膜；具体工艺为：选择CPP薄膜卷材，穿过若干导辊，连接在收料卷轴上，放入密封的真空仓中，选用三级以上的真空泵抽真空，当真空度≤100Pa时开始对蒸镀铝室内铝锭进行加热，选用纯度99.99％以上的高纯铝锭，使用电流高频加热的方法将蒸镀铝室温度加热至1400～1800℃，使蒸镀铝室充满铝蒸气；其中承镀层的CPP膜紧贴在蒸镀铝室上方的冷却辊上，冷却辊的温度为-80℃～-5℃，CPP膜的走带速度为1m/min～150m/min，镀铝箔厚度为0.01μm～30μm；
3)将步骤2)制备得到的铝箔与CPP的复合膜的铝箔表面涂敷一层耐电解液性能的胶水，采用干式复合工艺将尼龙薄膜复合在上述铝箔表面，其中尼龙薄膜厚度10μm～35μm，然后将以上复合后的产品进行老化处理，即可得到厚度为35μm～160μm的铝塑包装膜，其中，老化处理条件为45℃～80℃，储存24h～168h。所述干式复合工艺的具体操作为：在铝箔层和尼龙层两层膜之间加入热熔高分子粘着剂，加入的量为1～5克/平方米；然后使用对辊将复合后的铝箔和尼龙综合层进行辊压，压力为0.1MPa～3.0MPa。
本实施例方案的优越性在于，CPP与铝层直接复合在一起，中间没有粘结剂，制备所得的铝塑膜具有优异的抵抗电解液腐蚀的能力。
实施例2：
一种锂离子电池铝塑包装膜的制造方法，所述铝塑包装膜包括从下到上依次排列的CPP层、粘结层、铝箔层和尼龙层，其特征在于：该铝塑包装膜的制作方法如下：
1)选取尼龙膜卷材，膜厚10μm～35μm，将尼龙薄膜经过等离子清洗，清洗室真空度≤100Pa，清洗时间0.1s～5s；
2)在清洗过的尼龙薄膜表面真空蒸镀一层铝箔，得到铝箔与尼龙薄膜的复合膜，具体工艺为：选择尼龙薄膜卷材，穿过若干导辊，连接在收料卷轴上，放入密封的真空仓中，选用三级以上的真空泵抽真空，当真空度≤100Pa时开始对蒸镀铝室内铝锭进行加热，选用纯度99.99％以上的高纯铝锭，使用电流高频加热的方法将蒸镀铝室温度加热至1400～1800℃，使蒸镀铝室充满铝蒸气；其中承镀层的尼龙膜紧贴在蒸镀铝室上方的冷却辊上，冷却辊的温度为-80℃～-5℃，尼龙薄膜的走带速度为1m/min～150m/min，镀铝箔厚度为0.01μm～30μm；
3)将步骤2)制备得到的铝箔与尼龙层的复合膜的铝箔表面涂敷一层耐电解液性能的胶水，采用干式复合工艺将CPP薄膜复合在上述铝箔表面，其中CPP膜厚度为20μm～80μm，然后将以上复合后的产品进行老化处理，即可得到厚度为30μm～160μm的铝塑包装膜，其中，老化处理条件为45℃～180℃，储存时间为24h～168h；所述干式复合工艺的具体操作为：在铝箔层和CPP层两层膜之间加入热熔高分子粘着剂，加入的量为1～5克/平方米；然后使用对辊将复合后的铝箔和CPP综合层进行辊压，压力为0.1MPa～3.0MPa。
本实施例方案的优越性在于，尼龙层直接和铝箔进行复合，具有较好的抵抗氧气侵蚀的效果；CPP层与铝箔采用干法复合的工艺粘接在一起，使得铝塑膜具有优异的冲型性能。
实施例3：
一种锂离子电池铝塑包装膜的制造方法，所述铝塑包装膜包括从下到上依次排列的CPP层、PPa层、铝箔层和尼龙层，其特征在于：该铝塑包装膜的制作方法如下：
1)选取尼龙膜卷材，膜厚10μm～35μm，将尼龙薄膜经过等离子清洗，清洗室真空度≤100Pa，清洗时间0.1s～5s；
2)在清洗过的尼龙薄膜表面真空蒸镀一层铝箔，得到铝箔与尼龙薄膜的复合膜，具体工艺为：选择尼龙薄膜卷材，穿过若干的导辊，连接在收料卷轴上，放入密封的真空仓中，选用三级以上的真空泵抽真空，当真空度≤100Pa时开始对蒸镀铝室内铝锭进行加热，选用纯度99.99％以上的高纯铝锭，使用电流高频加热的方法将蒸镀铝室温度加热至1400～1800℃，使蒸镀铝室充满铝蒸气；其中承镀层的尼龙膜紧贴在蒸镀铝室上方的冷却辊上，冷却辊的温度为-80℃～-5℃，尼龙薄膜的走带速度为1m/min～150m/min，镀铝箔厚度为0.01μm～30μm；
3)采用热法复合工艺，将CPP膜及PPa层与步骤2)制备得到的铝箔与尼龙复合膜再次复合在一起，制备出铝塑包装膜；进一步地，所述热法复合的具体操作为：在铝箔层和CPP层两层膜之间加入熔融状态的PPa热合层，PPa热合层厚度为5～20μm；然后使用对辊将复合后的铝箔和CPP及PPa综合层进行辊压，压力为0.1MPa～3.0MPa；然后对辊压后的膜进行吹风冷却，冷却气体为空气，空气温度为20～30℃。
本实施例方案的优越性在于，整个铝塑膜加工过程中没有使用到粘结剂，铝塑膜的各个环节都是采用各层膜之间的分子间作用力来完成的粘接复合，该方法制备的铝塑膜具有更优异的耐电解液性能和防水性能。
本实施例中的铝塑包装膜，其中的铝箔制备均是采用真空蒸镀工艺，其核心优势是制备得到的超薄的铝箔，并且这种铝箔具有致密有序的原子排列结构，因此这层铝箔具有良好的水汽隔绝性能、优异的成型性能及抗弯折性能。
本实施例中的铝塑包装膜，铝箔通过物理气相沉积的方法如真空蒸镀法复合在组成铝塑膜的高分子薄膜上，这种高分子薄膜可以是尼龙、聚丙烯、改性聚丙烯、三氟氯乙烯均聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚偏氟乙烯、或多层交错叠压的高密度聚乙烯中的一种或几种，并且铝箔两侧可以是相同的高分子薄膜；本实施例中铝箔厚度范围最薄可达0.3nm，即三层铝原子组成的铝箔涂层；但考虑到铝塑包装膜在锂离子电池中实际的应用效果，本实施例将铝箔厚度限定为0.01um以上，即在铝塑膜中至少保留100层以上的铝原子致密排布。
本发明舍弃了使用传统压延铝箔的设计思路，而是直接在尼龙或聚丙烯膜上直接复合生成铝箔；本工艺采用铝原子堆垛的方式直接形成铝箔，并且该工艺制造的铝箔没有经过压轧和热处理过程，该铝箔纯度较高，金属内部不存在夹杂物、裂纹、折叠、位错等缺陷，并且铝箔内部晶界更加细腻，因此铝箔的机械性能及抗疲劳性能更好。另外，本工艺中铝箔采用原子堆垛成膜的方式加工而成，因此铝箔的厚度可做到1μm以下，且可以严格受控，故本发明制造的铝塑膜即满足薄型化、轻型化要求，又可保证铝塑膜良好的机械性能。除此之外，本发明还提出了一种新的铝箔复合方式，即直接以原子态的形式将铝材料复合在高分子薄膜上，这种复合方式舍弃了传统的高分子树脂粘接剂，一方面提高了铝塑膜耐电解液腐蚀的性能，另一方面又节省了材料、简化了工艺从而节省了铝塑膜制造的成本。
Claims (6)
1.一种锂离子电池铝塑包装膜的制造方法，所述铝塑包装膜包括从下到上依次排列的CPP层、铝箔层、粘结剂层和尼龙层，其特征在于：该铝塑包装膜的制作方法如下：
1)选取CPP膜卷材，膜厚20～80μm，将CPP薄膜经过等离子清洗，清洗室真空度≤100Pa，清洗时间0.1s～5s；
2)在清洗过的CPP薄膜表面真空蒸镀一层铝箔，得到铝箔与CPP薄膜的复合膜；具体工艺为：选择CPP薄膜卷材，穿过若干导辊，连接在收料卷轴上，放入密封的真空仓中，选用三级以上的真空泵抽真空，当真空度≤100Pa时开始对蒸镀铝室内铝锭进行加热，选用纯度99.99％以上的高纯铝锭，使用电流高频加热的方法将蒸镀铝室温度加热至1400～1800℃，使蒸镀铝室充满铝蒸气；其中承镀层的CPP膜紧贴在蒸镀铝室上方的冷却辊上，冷却辊的温度为-80℃～-5℃，CPP膜的走带速度为1m/min～150m/min，镀铝箔厚度为0.01μm～30μm；
3)将步骤2)制备得到的铝箔与CPP的复合膜的铝箔表面涂敷一层耐电解液性能的胶水，采用干式复合工艺将尼龙薄膜复合在上述铝箔表面，其中尼龙薄膜厚度10μm～35μm，然后将以上复合后的产品进行老化处理，即可得到厚度为35μm～160μm的铝塑包装膜，其中，老化处理条件为45℃～80℃，储存24h～168h。
2.一种锂离子电池铝塑包装膜的制造方法，所述铝塑包装膜包括从下到上依次排列的CPP层、粘结层、铝箔层和尼龙层，其特征在于：该铝塑包装膜的制作方法如下：
1)选取尼龙膜卷材，膜厚10μm～35μm，将尼龙薄膜经过等离子清洗，清洗室真空度≤100Pa，清洗时间0.1s～5s；
2)在清洗过的尼龙薄膜表面真空蒸镀一层铝箔，得到铝箔与尼龙薄膜的复合膜，具体工艺为：选择尼龙薄膜卷材，穿过若干导辊，连接在收料卷轴上，放入密封的真空仓中，选用三级以上的真空泵抽真空，当真空度≤100Pa时开始对蒸镀铝室内铝锭进行加热，选用纯度99.99％以上的高纯铝锭，使用电流高频加热的方法将蒸镀铝室温度加热至1400～1800℃，使蒸镀铝室充满铝蒸气；其中承镀层的尼龙膜紧贴在蒸镀铝室上方的冷却辊上，冷却辊的温度为-80℃～-5℃，尼龙薄膜的走带速度为1m/min～150m/min，镀铝箔厚度为0.01μm～30μm；
3)将步骤2)制备得到的铝箔与尼龙层的复合膜的铝箔表面涂敷一层耐电解液性能的胶水，采用干式复合工艺将CPP薄膜复合在上述铝箔表面，其中CPP膜厚度为20μm～80μm，然后将以上复合后的产品进行老化处理，即可得到厚度为30μm～160μm的铝塑包装膜，其中，老化处理条件为45℃～180℃，储存时间为24h～168h。
3.一种锂离子电池铝塑包装膜的制造方法，所述铝塑包装膜包括从下到上依次排列的CPP层、PPa层、铝箔层和尼龙层，其特征在于：该铝塑包装膜的制作方法如下：
1)选取尼龙膜卷材，膜厚10μm～35μm，将尼龙薄膜经过等离子清洗，清洗室真空度≤100Pa，清洗时间0.1s～5s；
2)在清洗过的尼龙薄膜表面真空蒸镀一层铝箔，得到铝箔与尼龙薄膜的复合膜，具体工艺为：选择尼龙薄膜卷材，穿过若干的导辊，连接在收料卷轴上，放入密封的真空仓中，选用三级以上的真空泵抽真空，当真空度≤100Pa时开始对蒸镀铝室内铝锭进行加热，选用纯度99.99％以上的高纯铝锭，使用电流高频加热的方法将蒸镀铝室温度加热至1400～1800℃，使蒸镀铝室充满铝蒸气；其中承镀层的尼龙膜紧贴在蒸镀铝室上方的冷却辊上，冷却辊的温度为-80℃～-5℃，尼龙薄膜的走带速度为1m/min～150m/min，镀铝箔厚度为0.01μm～30μm；
3)采用热法复合工艺，将CPP膜及PPa层与步骤2)制备得到的铝箔与尼龙复合膜再次复合在一起，制备出铝塑包装膜。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池铝塑包装膜的制造方法，其特征在于：所述干式复合工艺的具体操作为：在铝箔层和尼龙层两层膜之间加入热熔高分子粘着剂，加入的量为1～5克/平方米；然后使用对辊将复合后的铝箔和尼龙综合层进行辊压，压力为0.1MPa～3.0MPa。
5.根据权利要求2所述的一种锂离子电池铝塑包装膜的制造方法，其特征在于：所述干式复合工艺的具体操作为：在铝箔层和CPP层两层膜之间加入热熔高分子粘着剂，加入的量为1～5克/平方米；然后使用对辊将复合后的铝箔和CPP综合层进行辊压，压力为0.1MPa～3.0MPa。
6.根据权利要求3所述的一种锂离子电池铝塑包装膜的制造方法，其特征在于：所述热法复合的具体操作为：在铝箔层和CPP层两层膜之间加入熔融状态的PPa热合层，PPa热合层厚度为5～20μm；然后使用对辊将复合后的铝箔和CPP及PPa综合层进行辊压，压力为0.1MPa～3.0MPa；然后对辊压后的膜进行吹风冷却，冷却气体为空气，空气温度为20～30℃。
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